基于LonWorks水廠前端智能節點的配置與實現

摘要：鑒于目前在水廠的自動控制中，多采用的是用PLC構成的集散式控制系統(Distributed Control System，DCS)。介紹采用現場總線技術(Fieldbus technology)構成全分布式管控一體化網絡中前端智能節點的配置與實現。在此，首先介紹底層測控設備的類型與性能參數；進而介紹LonWorks智能節點的組成、性能和開發使用；最后，介紹該控制系統中前端智能節點的配置與實現。
關鍵詞：水廠；現場總線技術；全分布式；管控一體化；智能節點

在《基于LonWorks技術的水廠全分布管控一體化網絡研究》一文中，介紹了使用LonWorks現場總線技術構建水廠全分布式管控一體化網絡的基本思想和方法。這里，將進一步說明該系統中前端智能節點的組成原理與實現。眾所周知，在構建水廠全分布式管控一體化網絡時必不可少地用到大量的數據采集與控制設備，這就需要相應的節點控制器與之連接，接收前端檢測設備采集到的數據，上傳到上位監控機，或者根據上層監控機下發的命令控制前端執行機構的工作。由于該系統是依據全分布式管控一體化的原則構建的，因此這類節點要能設置ID號，支持ISO／OSI的7層協議，除了與底層控制網連接，還能與企業信息網連接。上層授權用戶可通過ID號(或IP地址)直接訪問底層的每一個節點，與之對話，了解或展示前端測控設備的工作狀況，包括數據參數和工作狀態圖，或者對前端測控設備進行調控。

1 前端測控設備
在水廠的生產流程中，要控制從進水、沉淀、過濾、反沖洗、添加氯化鋁、除污、排泥到供(出)水的全過程；要進行液位、溫度、濁度、壓力、流速／流量、余氯含量、泥土界面等參數的檢測。涉及到的控制有電機變頻調速、加氯與投藥泵計量、電磁閥門開啟等。采用的變送器和檢測設備，有液位變送器、壓力變送器、流量變送器、溫度變送器、泥土界面儀和余氯分析儀等；執行機構有電磁閥、繼電器、調頻電機等。
1)數據采集與執行設備
系統中所用數據采集與執行設備有溫度變送器，測量范圍0～300℃；HP-420型壓力變送器，測量／顯示和傳送壓力和液位，量程0～1Mpa，精度0．05 Mpa；HD1000超聲波液位計，測量蓄水池液位，且有數字顯示，測量范圍0～5 m，滿足RS232／485標準；YL-1型余氯分析儀，檢測水中的余氯含量，測量范圍0～2．5 mg／L，分辨率0．01 mg／L；KVQJ電動調節閥，調節輸水管道的通斷狀態，通過智能節點的模擬通道輸出0～40 mA電流信號調節其開啟度；濁度測量儀，測量／顯示和傳送清水池中的濁度，借以調整絮凝池的投藥量，測量范圍0．001～100 NTU，測量精度±2％NTU，分辨率0．000 1～0．001NTU；漏氯報警儀，對泄漏的氯氣進行測量／顯示和報警，其傳感器安裝在現場，通過電纜與值班室內顯示(報警)器連接，報警范圍0～10ppm；電磁流量計，測量管道流量，按口徑測量精度為±0．5％或±1．0％，流速范圍0．2～11 m／s(可選)，符合RS485標準；PH測量儀，在線測量水樣中的PH值，用以調控加氯與投藥量，測量范圍0～14PH，測量精度±0．1％；超聲波液位差計，測量／顯示和傳送格柵兩邊液位差，控制齒爬式格柵去污機運轉，清除進水池的漂浮物，測量范圍0～6 m，測量精度為±2％量程(或2 mm)；變頻電機，在變頻器的控制下實現正轉、反轉、啟／停、加速與減速；泥土界面儀，檢測沉砂池和絮凝池中的泥砂位置，并給出泥砂分布圖譜，計算出泥砂層的高度或厚度，測量范嗣0～5 m，測量精度0．1 m，分辨率0．03 m。
2)變頻控制器
變頻控制器，用于變頻電機調速，選用的是富士FRENIC5000G／P11S型變頻器，一種低噪音、高性能、多功能變頻器，變頻范圍0～20 000 Hz，具有模擬／數字量I／O端口，可接收4～20 mADC電流或0～10 VDC電壓、脈沖電平和開關量，輸出開關量和調頻電壓。該變頻器可采用兩種變頻工作方式，一種是通過自帶的液晶觸摸控制面板，鍵人工作模式和控制命令，使變頻器處于自動運行方式；另一種是經RS485端口與PC機連接，再由系統控制程序或組態軟件創建人機對話界面和通訊協議，使變頻器處于受控運行方式，本系統采用的是后一種方式。
以上設備與智能節點連接，在智能節點和上位機的控制下對水廠中的全部生產流程實施監控。